본문내용
1. 개요
1.1. 연구 목적
이 연구의 목적은 북구청사거리의 각 차로의 교통량과 현시, 교차로 기하구조 등을 조사한 후 T7F프로그램을 이용하여 지체도 값을 구하고, 도출된 지체도 값으로 LOS(서비스 수준)을 결정해 보는 것이다. 또한 T7F프로그램으로 기존 신호운영을 최적화한 후 시행 전과 비교해보고, 새로운 신호운영대안의 지체도와 LOS를 구하여 최적화 시행 전후를 비교해보는 것이다.
이를 통해 북구청사거리의 교통 혼잡 상황을 개선하고 보행자의 안전성을 높이기 위한 신호운영 방안을 제시하고자 한다.
1.2. 연구 방법 및 이론
연구 방법과 이론은 연구 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단과 논리적인 틀이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 교통공학의 핵심 개념과 원리를 활용하여 중대병원 앞 교차로의 효율적인 신호체계를 도출하고자 하였다.
첫째, 교통신호체계의 결정 방법이다. 교통신호체계는 기본적으로 횡단거리를 보행속도로 나눈 시간을 적용하고, 보행자의 안전을 위하여 보행자 수, 밀도, 인지반응시간, 지역특성 등 다양한 변수를 고려하여 계산한다. 또한 황색 점멸 신호는 보행자에게는 주의하면서 횡단할 수 있다는 의미이며, 동시에 차량에게는 주변 교통에 주의하면서 주행할 수 있다는 의미를 갖는다. 보행신호의 경우 녹색등화의 점멸은 보행자 신호가 곧 적색등화로 전환된다는 것을 알리는 경고 기능을 한다. 보행자 신호시간은 보행자가 안전하게 차도를 횡단하는데 필요한 최소 시간으로 구성된다.
둘째, 시간대 별 교통량 변화 분석이다. 본 연구에서는 출근시간대(7:00~8:00), 점심시간대(13:00~14:00), 퇴근시간대(19:00~20:00)의 교통량을 측정하여 비교·분석하였다. 이를 통해 교차로 신호체계 수립 시 시간대별 통행 특성을 반영할 수 있다.
셋째, 교차로 기하구조와 버스정류장 위치 분석이다. 중대병원 앞 교차로는 왼쪽으로 병원, 오른쪽으로 고려고등학교가 위치해 있어 교차로 기하구조가 복잡하다. 또한 버스정류장이 분산되어 있어 버스 정차로 인한 정체가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 물리적 환경 요인들이 교통 흐름에 미치는 영향을 분석할 필요가 있다.
넷째, 신호 현시 및 주기 최적화이다. 본 연구에서는 T7F 프로그램을 활용하여 현재 신호체계의 문제점을 진단하고, 주기 및 현시 시간 등을 최적화하여 새로운 신호체계를 제시하고자 하였다. 이를 통해 보행자 안전과 차량 통행 편의성을 동시에 고려한 솔루션을 도출하고자 하였다.
이상과 같은 연구 방법과 이론을 종합적으로 적용하여, 중대병원 앞 교차로의 교통 문제를 해결하고자 하였다.
1.3. 연구 결과
연구 결과는 다음과 같다"
먼저 요일별 교통량 데이터 분석 결과, 일요일의 교통량이 평일에 비해 적은 것으로 나타났다. 이를 통해 흑석동 중대병원 앞 사거리 도로가 주말에 대규모 집객시설이 아닌, 평일 근무시간대의 교통이 집중되는 도로임을 알 수 있었다.
다음으로 시간대별 교통량 변화를 분석한 결과, 아침 출근시간대인 7시~8시 구간의 교통량이 점심시간(13시~14시)이나 저녁퇴근시간(19시~20시)에 비해 약 2배 가량 많은 것으로 나타났다. 이는 대학가 및 주거지역이 밀집된 이 지역의 특성상 대부분의 사람들이 아침에 직장으로 향하기 때문인 것으로 분석된다.
또한 버스정류장의 분산 배치로 인한 문제점도 발견할 수 있었다. 중대병원 앞에는 151번 버스 정류장이 병원 정문 맞은편에 있는 반면, 5524번과 5517번 버스 정류장은 더 멀리 떨어진 큰길 쪽에 위치해 있다. 이로 인해 버스가 정차하는 시간이 길어지면서 뒤따르는 차량들의 정체가 심해지는 현상이 관찰되었다.
마지막으로 흑석역으로 좌회전하는 차량들이 신호대기로 인해 중대병원 앞까지 정체를 유발하는 문제점을 확인할 수 있었다. 특히 출퇴근 시간대에 한강대교를 거쳐 도심으로 진입하거나 강서, 여의도 방면으로 가는 차량들이 좌회전 신호를 기다리느라 심각한 병목현상을 초래하고 있는 것으로 나타났다.
종합하면, 중대병원 앞 사거리의 교통 문제는 시간대별 교통량 편차, 버스정류장 배치, 좌회전 신호 운영 등 다양한 요인이 복합적으로 작용하고 있는 것으로 분석된다.
1.4. 연구에 따른 해결방안 제시 및 고찰
해결방안의 제시를 위하여 다시 '1.연구목적, 2.연구방법 및 이론'으로 돌아가 볼 필요가 있다. 혼잡한 중대병원 앞에 효율적인 교통체계를 성립하여 그 효용성을 알아보는 것이 연구의 성과 이므로 교통체계, 즉 신호등 체계를 수립하여 보았다.
기본적으로 신호등은 시간대 별로 그 주기를 달리 할 수 있기 때문에, 연구결과처럼 아침, 점심, 저녁의 세 가지 신호체계를 성립하는 것을 기본으로 하고, 교통체계수립의 편리성을 위하여 다음과 같은 세 가지 가정을 한다.
첫째, 흑석역의 큰 도로 부근 신호는 중대병원 앞 교통신호의 영향을 끼치지 않는다는 것과 둘째, 중대 병원 앞 마을버스 승차장은 고려하지 않는다는 것, 마지막으로 셋째, 신호시간과 신호를 받는 차량의 대수와의 관계는 선형적이다 라는 가정에 의하여 다음과 같은 평균 교통량의 방향 별 비율에 대한 표를 만들어 보았다.
그리고 이어서 제시된 사진들은 신호등을 설치하고자 하는 곳에 대한 것이다. 의 자료를 이용하여 신호등 체계를 수립하였을 때의 효용성을 보기 위하여 가장 교통량이 많아 해결이 시급한 아침시간대의 자료들을 이용하여 결론을 도출하여 보기 로 한다.
대기차량과 신호를 받는 차량의 수가 같다는 얘기는 곧 신호가 한 사이클 돌고 나 면 남아있는 차량의 수가 없다는 것을 의미한다. 각 교통량의 비율, 신호를 받는 일반적 차 량의 수, 각 도로마다 1초당 지나가는 차량의 수, 등 여러 가지 변수를 고려하여 주기를 구 한 결과 표8에서 보는 바와 같이 음의 값이 나온다.
주기를 크게 잡을수록 한 사이클이 돌 고 나서 남아있는 차량의 수가 늘어나고 그렇게 되면 계속 차가 뒤로 누적된다. 이는 신호 가 없을 경우가 오히려 정체가 발생하지 않는 다는 것을 이야기 한다. 따라서 현재 시행중 인 비보호 체계가 가장 적합한 체계라는 결과를 도출 할 수 있다.
하지만 여기에 보행자의 안전을 위한 분리대의 추가설치가 된다면 더욱 더 효율적이고 안전한 중대병원 앞이 될 수 있을 것이라는 결론까지 도출 해 낼 수 있었다.
이번 연구를 통하여 연구팀은 신호체계의 수립의 효율성과 그에 따른 신호체계 수 립 방법에 대하여 직접적인 실험을 통해 파악할 수 있게 되었고, 고정적인 교통체계가 있다 고 하여 꼭 교통정체 문제가 해결되는 것은 아니라는 것을 알 수 있었다.
학교생활을 통해 얻게 된 간단한 질문에서 시작한 연구가 교통 공학적 지식과 조원들의 노력을 바탕으로 예 측된 교통체계를 수립해 보고 결과를 도출해 내는 이번의 일련의 연구는 앞으로 무심히 지 나치는 도로에 대한 이해와 더 나아가 현 신호체계의 효율성 까지 판단할 수 있는 계기가 되었다.
2. 자동차의 구조
2.1. 동력 발생 장치
자동차의 동력 발생 장치는 자동차의 주행에 필요한 동력을 생산하는 중요한 부분이다. 자동차에 사용되는 동력 발생 장치에는 가솔린 엔진과 디젤 엔진이 주로 사용된다.
가솔린 엔진은 연료와 공기의 혼합가스를 전기 불꽃에 의해 폭발시켜 동력을 얻는다. 이는 흡입-압축-폭발(팽창)-배기의 4행정 사이클을 2회전의 크랭크축 회전으로 완료한다. 반면 디젤 엔진은 공기만을 흡입하여 압축한 후 경유를 분사시켜 자연 점화로 동력을 얻는다.
엔진의 원활한 작동을 위해서는 엔진 오일의 윤활과 냉각 장치의 역할이 중요하다. 엔진 오일은 마찰 표면에 유막을 형성하여 마멸을 방지하고 청정, 기밀, 냉각, 방청 등의 역할을 한다. 냉각 장치는 엔진 내부의 과열을 방지하기 위해 물이나 공기로 냉각한다. 냉각수 보충 시 증류수나 수돗물을 사용하며, 팬벨트의 점검도 중요하다.
연료 장치는 연료 탱크의 연료를 연료 펌프를 통해 기화기까지 공급하여 연소에 적합한 혼합가스를 만들어낸다. 엔진 시동 시에는 스위치를 천천히 돌린 후 즉시 손을 뗴야 하며, 야간에는 건조등을 끄고 시동해야 한다.
이처럼 자동차의 동력 발생 장치는 엔진, 윤활, 냉각, 연료 공급 등의 다양한 요소로 구성되어 있으며, 이들 간의 균형 있는 작동이 자동차의 안정적인 주행을 가능하게 한다.
2.2. 윤할 및 냉각
엔진 오일(윤할류)은 마찰 표면에 유막을 형성하여 마멸방지, 청정, 기밀, 냉각, 방청 및 응력의 분산 등 다양한 역할을 한다. 엔진 오일의 점검은 유량계(오일 레벨 게이지)로 양과 질을 확인해야 하며, L과 F 사이에서 F까지의 유지가 적정 수준이다.
한편, 엔진 내부는 혼잡기의 폭발로 과열될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해 물(수냉식)이나 공기(공랭식)로 냉각한다. 냉각수 점검 시 누설되면 엔진이 과열될 수 있으므로 보충할 때는 산·알칼리성이 없는 순수한 물(증류수, 수돗물 등)을 사용해야 한다. 또한 팬벨트가 헐겁거나 끊기면 엔진이 과열될 수 있으므로 장력은 중앙부를 눌러 약간 휘는 정도가 양호한 상태여야 한다.
2.3. 연료 장치
연료 장치는 자동차의 중요한 구성 요소 중 하나로, 연료 탱크 내의 연료를 엔진으로 공급하는 역할을 합니다. 연료 장치의 주요 기능은 다음과 같습니다.
첫째, 연료 탱크 내의 가솔린을 연료 펌프를 통해 기화기까지 압송하는 역할을 합니다. 연료 펌프는 전기 또는 기계식으로 작동하며, 연료를 안정적으로 공급하여 엔진이 원활하게 작동할 수 있도록 합니다.
둘째, 기화기에서는 연료와 공기를 적절한 비율로 혼합하여 연소하기 쉬운 상태의 공기-연료 혼합물을 만듭니다. 이 혼합물은 엔진의 실린더로 공급되어 폭발을 일으키게 됩니다.
셋째, 연료 필터는 연료 내의 불순물을 제거하여 엔진 부품의 수명을 연장시키고 원활한 연료 공급을 돕습니다. 연료 필터는 주기적으로 교환해 주어야 합니다.
넷째, 연료 분사 장치는 전자제어 방식으로 연료를 정밀하게 분사하여 연소 효율을 높이고 배출가스를 저감시킵니다. 이는 최근 자동차에 많이 적용되는 방식입니다.
다섯째, 연료 탱크는 연료를 저장하는 역할을 하며, 연료 누출을 방지하고 연료의 산화 및 오염을 막는 구조로 설계됩니다. 연료 펌프는 연료 탱크 내부에 설치되어 있습니다.
이처럼 연료 장치는 자동차의 주행에 필수적인 연료를 공급하는 중요한 역할을 담당하고 있으며, 정기적인 점검과 관리가 필요합니다.
2.4. 동력 전달 장치
동력 전달 장치는 엔진에서 발생한 동력을 바퀴에 전달하여 자동차를 움직이게 하는 중요한 역할을 담당한다. 클러치, 변속기, 구동장치 등으로 구성되어 있으며, 각 장치의 원활한 작동이 안전한 주행을 위해 필수적이다.
먼저 클러치는 필요에 따라 엔진의 동력을 변속기에 전달하거나 끊어주는 역할을 한다. 엔진의 회전이 변속기로 전달되기 전에 클러치를 통해 그 힘을 조절할 수 있다. 클러치 페달의 조작이 부적절하면 클러치가 미끄러지거나 완전히 끊기게 되어 주행에 차질이 생길 수 있다. 따라서 클러치 페달의 유격이 적절한 수준으로 유지되어야 한다.
다음으로 변속기는 엔진의 회전력을 증폭시키고 감속시켜 차량의 속도나 힘을 바꾸거나 후진을 가능하게 한다. 수동변속기와 자동변속기로 구분되며, 각각의 특성에 맞게 올바르게 조작해야 한다. 수동변속기의 경우 클러치 페달과 변속 레버의 협응이 필요하고, 자동변속기는 브레이크 페달과 변속 레버의 조작에 유의해야 한다.
구동장치는 변속기로부터 전달된 동력을 최종적으로 구동륜에 전달한다. 구동축, 차동기어장치, 반감속장치 등으로 구성되어 있으며, 구동륜의 회전차이를 허용하여 안정적인 주행을 가능하게 한다. 특히 차동기어장치는 차량이 선회할 때 구동륜의 회전 차이를 허용함으로써 원활한 선회를 가능하게 한다.
이처럼 동력 전달 장치는 엔진에서 발생한 동력을 바퀴에 전달하는 일련의 과정을 담당하며, 각 장치의 상호 협조와 적절한 조작이 안전하고 경제적인 주행을 위해 필수적이다.
2.5. 자동변속장치
자동변속장치는 운전자가 수동으로 변속기어를 조작하지 않고도 자동으로 변속이 이루어지는 장치이다. 자동변속장치가 있는 자동차는 운전이 편리할 뿐만 아니라 운전자의 피로를 줄여주므로 안전운전에도 도움이 된다.
자동변속장치의 구조와 특징은 다음과 같다. 자동변속장치는 크게 동력전달유닛과 제어유닛으로 구성된다. 동력전달유닛은 토크컨버터, 유성기어유닛, 클러치, 유압펌프 등으로 이루어져 있다. 제어유닛은 변속단계를 자동으로 결정하고 제어하는 전자제어장치이다. 변속기어는 유성기어유닛에 의해 자동으로 변속된다.
자동변속장치를 장착한 자동차는 수동변속기 장착 자동차에 비해 운전이 편리하다. 변속 시 클러치 조작이 필요 없고 변속 레버를 움직일 필요도 없어 운전자의 피로를 줄일 수 있다. 또한 교통상황에 적합한 변속단계를 자동으로 선택하므로 경제적이고 효율적인 주행이 가능하다.
다만 자동변속장치는 수동변속기에 비해 복잡한 구조로 인해 고장 발생 시 수리가 어려울 수 있다는 단점이 있다. 또한 자동변속장치 장착 자동차는 수동변속기 장착 자동차에 비해 연비가 다소 떨어지는 경향이 있다.
최근에는 이러한 단점을 보완하기 위해 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어 듀얼클러치 자동변속기, 무단변속기 등 새로운 변속기 기술이 등장하여 편의성과 효율성을 높이고 있다. 또한 자동변속장치의 내구성과 신뢰성 향상을 위한 지속적인 연구개발도 진행 중이다.
2.6. 차동기
차동기는 차가 선회할 때 구동바퀴의 회전수에 차이를 두어 원활한 회전이 되도록 하는 장치이다.
차량이 선회할 때 바퀴의 회전 속도는 차량의 중심에서 가장 먼 바퀴가 가장 빠르고, 가장 가까운 ...
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